JP6130437B2 - 超微細気流分級ミル - Google Patents

Description

本発明は、粉体を粉砕する粉砕機器に関し、特に、粉体材料を処理し、細粉中の残留粗粒子を除去するための気流分級ミルに関する。

材料粉砕の分野では、通常、微粉粉砕機または気流分級ミルで粉体材料を処理することにより所要の粒度が得られる。しかし、一部の化学材料や鉱物材料は残留粗粒子が一定の程度に達しないと、材料実用の基準に合うことができない。例えば、カーボンブラックはタイヤの製造に用いられ、炭酸カルシウムは製紙塗料として用いられ、カオリンはペンキのフィラーとして用いられており、これらの材料の残留粗粒子の百万分率（ppm）は製品の品質に影響を及ぼすことが多い。この場合、粉体は通常かなり微細であって、かつ団塊になることが多い。従来の微粉粉砕機または気流分級ミルでは、団塊を砕き、かつその中のわずかな粗粒子を破砕するのに、生産効率が十分とはいえない。

なお、従来の微粉粉砕機は高速衝撃ハンマーとふるいを使用して残留粗粒子の百万分率を制御している。ふるいは磨耗しやすく高圧降下を招くため、粉体の品質を制御することが困難であり、スループットも低い。従来の気流分級ミルはふるいの代わりに気流分級輪を使用したが、望ましい効果が得られなかった。図１は従来の気流分級ミルの気流及び細粉の流れを示す模式図である。材料は入口１０１から投入されて粉砕され、最終的に細粉は出口１０２から送り出される。通常、プロセス気流は気流入口１０３から回転盤１０４の底部に引き込まれ、投入された材料は回転盤１０４の上方の粉砕室１０７において衝撃ハンマー１０５に近い位置に運送される。粉砕された材料はプロセス気流に乗せて分級輪１０６に到達する。十分微細な粉体はプロセス気流にしたがって分級輪１０６を通して細粉排出領域１０８に到達する。粗粒子は分級輪１０６に阻止され回転盤１０４上に落ち戻り、さらに衝撃ハンマー１０５の粉砕領域に戻って再び粉砕される。

従来の気流分級ミルは高速衝撃盤及び気流分級輪を採用して残留粗粒子の百万分率を制御するので、普通の用途において効果がよい。しかし、従来の気流分級ミルは普通の粉砕用として設計される傾向であるため、通常、所要の残留粗粒子なしの程度に達することができない。そして、従来の気流分級ミルには、粒子の分級を補助するとともに粗粒子の落ち戻りを案内するように粉砕領域と分級領域を仕切るためのブッシュリング１０９が設けられており、その構成は設計が複雑であり、粉体の詰まりを招きやすく、設備のスループットに影響を及ぼすとともに、着脱やメインテンスが不便であり磨耗部材も一つ無駄に増やした。

本発明は、従来の気流分級ミルの粉砕・粒子分級の構成の設計を改善し、細粉の団塊を効果的に砕きかつその中のわずかな粗粒子を破砕して、さらに粉体における残留粗粒子の百万分率が高すぎるという問題が効果的に解決できる超微細気流分級ミルを提供することを目的とする。

本発明による超微細気流分級ミルは、材料入口端、材料出口端および前記材料入口端と前記材料出口端との間に設けられている粉砕領域と分級領域を備えており、前記材料入口端は気体供給源と連通しており、前記粉砕領域と分級領域は直接に連通するとともに外部管路を介して前記材料入口端と連通しており、分級領域の粗粒子は、前記外部管路の入口端で形成された真空によって引き出され、前記外部管路を介して材料入口端に排出され、投入された材料とともに材料入口端の気流に乗せて粉砕領域に運送される。

このようにすることで、従来の気流分級ミルにおける粉砕領域と分級領域を仕切るブッシュリングを省略することができ、粗粒子は外部管路を介して材料入口端に戻り再び粉砕処理されるので、投入されたすべての材料が効果的に粉砕領域を通ることが確保でき、また、投入された材料の粉砕領域での滞在時間を延長し、細粉における残留粗粒子を除去するという要求を有利に実現した。

上記した技術発想によれば、本発明は以下のいずれか一つまたは多数の好ましい形態をさらに含むことができる。

一つの好ましい形態において、前記外部管路の底部には粗粒子、特に硬い不純物の粉砕を補助するための粉砕プレートまたは気流衝撃プレートが設けられている。

他の好ましい形態において、前記外部管路の入口端には、真空を形成する機構が設けられ、例えば、噴射圧縮気体で調整可能な真空を形成するとともに、粗粒子を効果的に遮断して排出するための調整ゲートが設けられている。

他の好ましい形態において、前記粉砕領域は複数の衝撃ハンマーが設けられている少なくとも一つの回転盤を備え、各衝撃ハンマーの形状、高さ及び位置は、材料が前記衝撃ハンマーに十分に接触して粉砕されることができるように設けられる。換言すれば、衝撃ハンマーの構成設計、数及び回転盤でのレイアウトによって粉砕の有効領域を増加する。

他の好ましい形態において、前記粉砕領域は、距離を置いて重ねられ、かつ同期に回転する回転盤を複数備え、各回転盤に複数の衝撃ハンマーが設けられており、回転盤の数を柔軟に増減し、衝撃ハンマーの位置を対応的に設置することによって、粉砕効率を最適化にすることができる。例えば、他の好ましい形態において、各回転盤上の複数の衝撃ハンマーは、粉砕効果を向上させるように重ねて又はずれて設けられてよい。

他の好ましい形態において、前記衝撃ハンマーは、相互の隙間を小さくして粉砕効率を高めるよう、粉砕領域のチャンバーの内壁上のライナープレートに接近するように設けられている。

他の好ましい形態において、前記回転盤の駆動機構は、例えば塵、高温から回転盤の軸受などの駆動部材を守るための保護カバーが設けられている。

他の好ましい形態において、前記分級ミルにおける粉砕領域と分級領域との間の距離は初級粒子分級の効果を得るように設けられている。一つの特定の形態において、分級ミルの高さを大きくして粉砕領域と分級領域を確保することにより、両領域の間に旋風分離の初級分級効果を形成する。

本発明の超微細気流分級ミルによれば、粉体における残留粗粒子の百万分率が高すぎるという問題を効果的に解決し、細粉の品質を容易に制御することができる。また、分級ミル内の部材の設計は従来の分級ミルに比べて簡単であり、着脱やメインテナンスが容易になった。さらに、回転盤の駆動機構に保護カバーを設けることにより部材の寿命を延長することができた。本発明のいずれかの形態の超微細気流分級ミルによれば、生産ライン上の従来の粉砕機と気流分級ミルに直接代わってまたは入れ替えて、よりよいコスト効果によって粉体製品の品質を向上させることができる。

本発明のほかの特徴および利点は以下の図面に基づいた詳しく説明した好ましい実施の形態から明らかであろう。

従来技術の気流分級ミルにおける気流および細粉の流れを示す模式図である。 本発明による一つの好適な実施形態の超微細気流分級ミルの構成を示す模式図である。 本発明による別の好適な実施形態の超微細気流分級ミルの外部構成を示す模式図である。 図３の超微細気流分級ミルの内部構成を示す模式図である。

以下、本発明による超微細気流分級ミルの構成設計及び作動原理について具体的に説明する。なお、以下の図面及び実施形態は例示に過ぎず、本発明を制限するものではないと理解すべきである。例示する構成設計図及び本発明を説明するための実施例は本発明によるすべての実施例を示すことを意図しない。

まず、図２を参照すると、本発明による一つの好適な実施形態の超微細気流分級ミルの構成の模式図が示されている。該実施形態では、超微細気流分級ミルは符号２００で示され、同時に気体供給源と連通して気流を流入させる材料入口端２０１と、細粉を排出する材料出口端２０２とを備える。本発明によれば、粉砕領域と分級領域は直接に連通して粉砕室２０７を形成する。投入された材料は気流に乗せて、材料入口端２０１から回転盤２０４の底部を通して超微細気流分級ミル２００の粉砕室２０７に到達する。回転盤２０４は、回転盤モータ２１５によって回転駆動され、回転盤２０４上の衝撃ハンマー２０５と回転盤２０４の縁部においてチャンバーの内壁に設けられるライナープレート２１３との間での数回の衝突により材料の団塊が砕かれ粉砕される。粉砕効果を高めるために、衝撃ハンマー２０５の形状、数量、高さ及び位置は、材料との接触領域を増加するように最適に設計されることができ、例えば、図示したテーパを有する台形、あるいは一定の高さを有する柱形状が挙げられるが、この限りではない。また、衝撃ハンマー２０５とライナープレート２１３との間の隙間を小さくすることも考えられる。ライナープレート２１３は、通常、内歯付きのリングギアであり、以上の隙間を小さくすることにより、衝撃ハンマーとライナープレートとの間の衝撃力を有利に増加し、粉体の粉砕を促進する。

粉砕された細粉は気流の持ち上げ作用によって分級輪２０６が所在する分級領域に回転上昇する。このとき、分級輪モータ２１４によって回転駆動される分級輪２０６は、その羽根で形成した遠心力場により細粉を分級し、十分微細な細粉体は気流に伴って、分級輪２０６を通して渦状領域２０８に入り、材料出口端２０２から排出される。粗粒子は分級輪２０６によって阻止されかつその外周で回旋する。図１に示す従来の気流分級ミル１００では、ブッシュリング１０９によって粉砕領域と分級領域に仕切る。一方、本発明では、粉砕領域と分級領域を、その間の距離を最適化することで離間させ、初級粒子分級の効果が得られる。例えば、粉砕領域と分級領域との間に旋風分離領域を形成するように超微細気流分級ミル２００の高さを大きくすることにより、気流分級ミルの内部構成の設計を簡素化する。分級輪２０６にその外に阻止された粗粒子について、本発明は粉砕室２０７と材料入口端２０１を連通させる外部管路２１０によって粗粒子を遮断して粉砕領域に戻す。

具体的に、図２に示すように、分級輪２０６に阻止された粗粒子は、通過ポート２１１を介して供給された噴射圧縮気体で形成された真空によって引き出され、外部管路２１０を通して材料入口端２０１に排出され、さらに投入された材料とともに再び超微細気流分級ミルの粉砕領域に送入されてさらに粉砕処理される。外部管路２１０の入口には粗粒子の遮断と引き出しを最適化するための調整ゲート２１２を設けることができる。また、外部管路２１０の底部には粗粒子の粉砕を補助するための粉砕プレートまたは気流衝撃プレート２０９を設けることもできる。なお、外部管路２１０の入口は分級輪２０６に近い位置に好適に設けられている。図２には回転盤２０４の駆動機構の外周に設けられている保護カバー２１６も示されている。このような設置は有利であり、特に細粉と高温による回転盤の軸受などの部材へのダメージを防止した。

次に、本発明による別の好適な実施形態の超微細気流分級ミルについて図３及び図４に基づき説明する。該超微細気流分級ミルは符号３００で示され、粉砕領域内に距離を置いて重ねられ、かつ回転盤モータ３１５によって同期に回転駆動される複数の回転盤３０４が設けられる点以外、図２に示す超微細気流分級ミルと同じである。同図には、例示として２つの回転盤３０４およびその上に設けられている複数の衝撃ハンマー３０５が示されている。なお、各回転盤３０４上の複数の衝撃ハンマー３０５は、粉砕効果を向上させるように重ねて又はずれて設けられることができる。材料は気流に乗せて材料入口端３０１を介して回転盤３０４に到達すると、材料は１段ずつ各回転盤３０４を通して粉砕される。要求を満たした細粉は分級輪モータ３１４に回転駆動された分級輪３０６によって選別されて渦形領域３０８に入り、排出される。一方、粗粒子は、通過ポート３１１を介して供給された噴射圧縮気体で形成された真空及び調整ゲート３１２によって引き出され、外部管路３１０を通して材料入口端３０１に運送され、投入された材料とともに再び粉砕処理される。図３から分かるように、調整ゲート３１２は、ハンドルなどの操作部材を設けることにより、必要に応じて手動調整を実現することができる。ほかの操作方式でもいいことは言うまでもない。図４においても、同様に、回転盤３０４の駆動機構の外周に設けられている保護カバー３１６、および外部管路３１０の底部に設けられている粗粒子の粉砕を補助するための粉砕プレートまたは気流衝撃プレート３０９が示されている。

上記のように説明した構成設計によって、本発明の超微細気流分級ミルは３２５メッシュ（３２５目）を超えた粗砂の粒子を効果的に除去することができる。これに対して、従来の微粉粉砕機または気流分級ミルは、粉体の粒度がＤ９７以上の品質（粒度累計分布で９７％超え）が確保できないため、粉体に３２５メッシュを超えた数百の百万分率（ｐｐｍ）の不純物が含まれることが多い。したがって、本発明はすべての化学材料と鉱物材料に応用でき、特に材料の残留粗粒子が一定の程度に達しないと使用の基準に合うことができない種々の場合に応用できる。

例えば、カーボンブラックの残留粗粒子（不純物）の百万分率を制御する用途において、ある種類のカーボンブラックの材料について、従来の微粉粉砕機は、３２５メッシュを超えたカーボンブラックでは１５０ｐｐｍのものを製造し、従来の気流分級ミルは、３２５メッシュを超えたカーボンブラックでは３０ｐｐｍのものを製造していた。本発明によるミルを使用することにより下記の表１に示す効果が得られる。

本発明の技術内容および特徴は以上のように説明した。なお、上記の実施形態には多数の変形形態があり、これらの形態は当業者にとって明らかである。これらの変更/変形は本発明の範囲に属し、添付される特許請求の範囲にも含まれることは言うまでもない。

２００ 超微細気流分級ミル
２０１ 材料入口端
２０２ 材料出口端
２０４ 回転盤
２０５ 衝撃ハンマー
２０６ 分級輪
２０７ 粉砕室
２０８ 渦状領域
２０９ 気流衝撃プレート
２１０ 外部管路
２１１ 通過ポート
２１２ 調整ゲート
２１３ ライナープレート
２１４ 分級輪モータ
２１５ 回転盤モータ
２１６ 保護カバー

Claims (9)

1. 超微細気流分級ミルにおいて、分級ミルは、材料入口端、材料出口端および前記材料入口端と前記材料出口端との間に設けられている粉砕領域と分級領域を備えており、前記材料入口端は気体供給源と連通しており、前記粉砕領域と分級領域は直接に連通するとともに外部管路を介して前記材料入口端と連通しており、前記粉砕領域は、第１の駆動装置によって回転し、複数の衝撃ハンマーが設けられている少なくとも一つの回転盤を備え、前記衝撃ハンマーは、相互の隙間を小さくして粉砕効率を高めるよう、前記粉砕領域のチャンバーの内壁上のライナープレートに接近するように設けられ、前記分級領域は、前記第１の駆動装置とは独立した第２の駆動装置によって回転し、遠心力場により細粉を分級する分級輪を備え、さらに、分級ミルの高さが粉砕領域と分級領域との分離を確保できることで、前記粉砕領域と前記分級領域の間に旋風分離領域を形成することにより、初級粒子分級を実現し、前記分級領域の粗粒子は、前記外部管路の入口端で形成された真空によって引き出され、前記外部管路を介して材料入口端に排出され、投入される材料とともに材料入口端の気流に乗せて前記粉砕領域に運送されることを特徴とする超微細気流分級ミル。
2. 前記外部管路の底部には粗粒子の粉砕を補助するための粉砕プレートまたは気流衝撃プレートが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の超微細気流分級ミル。
3. 前記外部管路の入口端には、粗粒子を効果的に遮断して排出するように、噴射圧縮気体で調整可能な真空が形成されかつ調整ゲートが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の超微細気流分級ミル。
4. 前記ライナープレートは、内歯付きのリングギアであることを特徴とする請求項１に記載の超微細気流分級ミル。
5. 前記粉砕領域は、距離を置いて重ねられかつ同期に回転する回転盤を複数備え、各回転盤に複数の衝撃ハンマーが設けられていることを特徴とする請求項４に記載の超微細気流分級ミル。
6. 各回転盤上の複数の衝撃ハンマーは、粉砕効果を向上させるように重ねて又はずれて設けられていることを特徴とする請求項５に記載の超微細気流分級ミル。
7. 前記回転盤の駆動機構に駆動領域の防塵・高温防止のための保護カバーが設けられていることを特徴とする請求項６に記載の超微細気流分級ミル。
8. 前記分級ミルにおける粉砕領域と分級領域との間の距離は初級粒子分級の効果を得るように設けられていることを特徴とする請求項７に記載の超微細気流分級ミル。
9. 前記外部管路の入口には粒子の遮断と引き出しを最適化するための調整ゲートが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の超微細気流分級ミル。